Encontrar um chip defeituoso que consome muita corrente

Note que esta é uma questão teórica - não há esquema que eu possa mostrar. Mostrarei algum esquema, mas será uma versão muito simplificada de um circuito real, apenas para fins ilustrativos.

Suponha que eu tenho um conversor de voltagem que recebe como entrada minha voltagem principal (de uma fonte de alimentação) e gera uma certa voltagem, por exemplo, 1,8V. Seria algo como isto:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Ao conectar meu circuito ao PS, percebo que ele consome muita corrente (o PS mostra isso).

Como tenho vários conversores de tensão em meu circuito (não mostrados aqui), verifico a resistência entre cada saída de cada conversor em terra. Vejo que a resistência entre 1,8V e o terra é quase 0 Ohms. Agora eu sei que a falha está no conversor de tensão ou em um (ou mais) dos outros componentes que consomem energia desse 1,8V.

Dessoldo o resistor mostrado na imagem para desconectar o conversor dos outros componentes e vejo que o conversor está bom, mas a verificação da resistência no ponto conectado a todos esses componentes ainda mostra 0 Ohms.

Minha pergunta é: como você verificaria qual componente é o defeituoso, sem dessoldar cada componente suspeito? Como você pode ver na imagem, a fonte de 1,8V é conectada diretamente aos componentes, sem um resistor / cordão.

Para o bem desta pergunta, suponha que eu tenha acesso a qualquer equipamento necessário (não importa o preço). Eu não gostaria que as soluções fossem limitadas devido à disponibilidade de equipamentos.

Obrigado!

Um termovisor é muito útil nessa situação. Atualmente, eles não são muito caros. Se você não tiver um, um dedo nu pode ser substituído por um sensor.

ADIÇÃO: Também existem tintas termocrômicas para diferentes faixas de temperatura que podem ser usadas para identificar pontos quentes.

Você pode usar uma sonda de corrente PCB. Uma pesquisa mostrou o seguinte.

Figura 1. Uma sonda de corrente TTi .

A cabeça da sonda é mantida no traçado da placa de circuito impresso sob investigação e a saída pode ser monitorada em um osciloscópio e, presumivelmente, no caso de corrente contínua em um multímetro.

Figura 2. A cabeça da sonda.

Eu nunca ouvi falar de um "magnetômetro Fluxgate" antes e duvido que eles revelem muitos detalhes. A boa e velha Wikipedia diz o seguinte:

Um magnetômetro fluxgate consiste em um pequeno núcleo magneticamente suscetível envolvido por duas bobinas de arame. Uma corrente elétrica alternada é passada através de uma bobina, conduzindo o núcleo através de um ciclo alternado de saturação magnética; isto é, magnetizado, não magnetizado, inversamente magnetizado, não magnetizado, magnetizado e assim por diante. Esse campo em constante mudança induz uma corrente elétrica na segunda bobina, e essa corrente de saída é medida por um detector. Em um plano de fundo magneticamente neutro, as correntes de entrada e saída coincidem. No entanto, quando o núcleo é exposto a um campo de segundo plano, é mais facilmente saturado em alinhamento com esse campo e menos facilmente saturado em oposição a ele. Portanto, o campo magnético alternado e a corrente de saída induzida estão fora de sintonia com a corrente de entrada. A extensão em que esse é o caso depende da força do campo magnético de fundo. Freqüentemente, a corrente na bobina de saída é integrada, produzindo uma tensão analógica de saída, proporcional ao campo magnético. Fonte:Magnetômetro .

Supondo que o suprimento esteja produzindo uma corrente grande (por exemplo, centenas de mA), você pode acompanhar o gradiente de tensão do suprimento usando um voltímetro em sua faixa mais sensível. Quando você encontra os mínimos na rede (ou avião), encontra a pia (Vcc) ou os máximos na rede terrestre.

Uma espécie de implementação manual de um algoritmo de otimização de descida mais acentuado.

Gueto FLIR:

Esguiche um pouco de líquido com baixo ponto de ebulição (como limpador de fluxo) na placa. Veja onde ferve.

https://www.youtube.com/watch?v=t5fICjcaJ3E#t=13m19

A maneira mais rápida e barata que eu aprendo no Youtube.

Ligue sua prancha e despeje um pouco de álcool. Veja qual área seca primeiro.

Link do YouTube: https://www.youtube.com/user/rossmanngroup

Existe um spray para isso.

Google "spray eletrônico frio" e você encontrará muitos hits, como este

Pulverize o material e observe onde ele desaparece mais rapidamente. Esse é o ponto que gera o calor - consumindo muita corrente.

Esse material tem outros usos para solução de problemas - deve ser padrão em qualquer laboratório eletrônico bem equipado.

Encontrei um vídeo no YouTube em que esse método é demonstrado. É um movimento lento, mas dá a idéia - o curto é encontrado em torno de 4 minutos. Aliás, eles usaram um spray de limpeza com a lata de cabeça para baixo - ainda mais fácil do que comprar um spray congelante.

Então você tem um trilho em curto, duro para o chão. Na minha experiência, isso geralmente é um problema de solda.

Minha técnica é conectar o trilho em questão até um PSU de banco. Defina o limite de tensão na tensão operacional normal do trilho e o limite de corrente em cerca de 1 amp. A corrente é uma espécie de compromisso, muito baixa e as quedas de voltagem serão difíceis de medir, muito altas e você corre o risco de queimar as coisas. 1 amp parece um compromisso razoável para a maioria das placas.

Eu então uso um multímetro em uma faixa de tensão sensível para rastrear o fluxo de corrente ao redor da placa.

Você não mencionou especificamente que pode descartar os traços ou pontos de solda visíveis. Então, a primeira coisa que eu faria é pegar um microscópio e verificar os traços (especialmente em pranchas caseiras) e os pontos de solda em busca de shorts.

Eu encontrei muitos shorts de solda (porque eu sou obviamente ruim em solda), mas também muitos shorts de cobre entre vestígios em pranchas feitas por ele mesmo.

Esse método não leva muito tempo, mas não ajuda a encontrar todas as falhas possíveis.

Como você mencionou que o preço não é um problema, eu diria que esse é outro método que vale a pena:

Como outra solução real de alta tecnologia, você pode usar uma máquina de raio-X. Com isso, você ainda tem a possibilidade de ver shorts sob chips, o que é especialmente útil com chips BGA.

Então, isso seria algo como isto:

Por X-Ray_Circuit_Board_Zoom.jpg: SecretDiscderivative trabalho: Emdee (X-Ray_Circuit_Board_Zoom.jpg) [ CC BY-SA 3.0 ou GFDL ], via Wikimedia Commons

As imagens de raio X podem ser um pouco enganadoras às vezes, mas você se acostuma a interpretar o que vê, como um médico.

Se a máquina suportar, você também pode olhar para diferentes ângulos e fazer uma digitalização completa em 3D, o que é bastante impressionante, mas geralmente não é necessário.

E por ser um raio-X, você tem bastante papelada pela frente, preparando tudo.

Outro método, relacionado ao método de queda de tensão, pode ser o uso de um Milli-Ohm-Meter e a medição de todos os nós Vcc para GND próximos aos chips.

Enquanto o seu medidor normal pode ler 0 Ohm, um Milli-Ohm-Meter pode mostrar um valor, o nó com menor resistência seria o mais interessante.

Coloque um pouco de papel termossensível (como em um recibo de compra) no circuito. Aqui está um vídeo do Youtube.

Energizar. Esperar. Verifique se há descoloração. Obviamente, um curto-circuito realmente sólido tem uma tensão zero e não produz calor significativo. Porém, a maioria dos circuitos defeituosos com um grande consumo de corrente terá resistência suficiente para ser rastreada com calor que não seja apenas no regulador de tensão.

Injete uma onda quadrada e faça a luneta (minúscula - obviamente) tocando na extremidade acionada e depois "caminhe" pela terra da luneta (e sonda, é claro) ao longo de cada caminho (em direção a cada CI). O toque diminuirá até você chegar ao curto em si (com retorno à terra do osciloscópio e ponta da sonda em ambos os lados).

Seu problema é resultado de práticas inadequadas de gerenciamento dos criadores da placa de circuito: eles não foram projetados para serem testados. Esse é um problema comum na engenharia de teste automático.

As respostas acima, usando imagens térmicas ou alguma outra maneira de encontrar o hot chip, são sua melhor aposta. Observe, no entanto, que se o chip for um curto absoluto, ele não dissipará energia e parecerá frio porque TODA a energia está aquecendo a resistência interna da fonte de alimentação. Nesse caso, a sonda atual mostrada na resposta anterior pode funcionar ... se os traços da sua placa de circuito forem grandes o suficiente e espaçados o suficiente para isolar seus campos magnéticos.

Infelizmente, se você possui uma placa de circuito moderna com 17 camadas e chips SMT super minúsculos, provavelmente está sem sorte. A análise de suporte logístico geralmente designa esses dispositivos como descartáveis.

Bem-vindo ao mundo ATE.

Este é apenas um experimento mental.

Usando uma fonte de corrente pulsando a cerca de 1 kHz de onda quadrada DC a cerca de 0,9 µS de tempo de subida ou descida: Isso produzirá um tom audível no início da faixa de frequência de um receptor AM padrão. A junção do plano de terra do caminho da falha deve ser, no máximo, distinguível. Você pode ajustar o comprimento da antena para ajustar a sensibilidade.

Recebi a ideia depois de ver esta resposta sobre a EMC: /electronics//a/30684/62403

As técnicas que dependem da detecção de calor dissipado no curto prazo serão de uso limitado quando você tiver pacotes de bga. O pacote irá esconder o curto. Um traço de 10 mil é bom para cerca de 1/2 amp. Vá até 1 amp e você corre o risco de mesclar o rastreamento (não necessariamente um rastreamento de energia, mas a que ele está ligado?). Eu soldava os chips, um de cada vez, até que o curto fosse eliminado ou se tornasse aparente.

Outra opção é medir (sem energia aplicada) os ohms em cada IC, entre V ++ e GND. Supondo que haja um curto, os ohms serão mais baixos que os demais. Eu usei essa técnica antes para isolar, mas confesso nunca em um PCB. Ainda assim, é mais uma opção disponível. Com esses medidores digitais, você pode medir os ohms com precisão. E onde os ohms são mais baixos, é onde está o curto.